第9章 集成运算放大器 习题参考答案

集成运算放大器原理及应用将电路的元器件和连线制作在同一硅片上，制成了集成电路。

随着集成电路制造工艺的日益完善，目前已能将数以千万计的元器件集成在一片面积只有几十平方毫米的硅片上。

按照集成度（每一片硅片中所含元器件数）的高低，将集成电路分为小规模集成电路(简称SSI) ，中规模集成电路(简称MSI), 大规模集成电路(简称LSI)和超大规模集成电路(VLSI)。

运算放大器实质上是高增益的直接耦合放大电路，集成运算放大器是集成电路的一种，简称集成运放，它常用于各种模拟信号的运算，例如比例运算、微分运算、积分运算等，由于它的高性能、低价位，在模拟信号处理和发生电路中几乎完全取代了分立元件放大电路。

集成运放的应用是重点要掌握的内容，此外，本章也介绍集成运放的主要技术指标，性能特点与选择方法。

一、集成运算放大器简介1. 集成运放的结构与符号1. 结构集成运放一般由4部分组成，结构如图1所示。

142图1 集成运放结构方框图其中：输入级常用双端输入的差动放大电路组成，一般要求输入电阻高，差摸放大倍数大，抑制共模信号的能力强，静态电流小，输入级的好坏直接影响运放的输入电阻、共模抑制比等参数。

中间级是一个高放大倍数的放大器，常用多级共发射极放大电路组成，该级的放大倍数可达数千乃数万倍。

输出级具有输出电压线性范围宽、输出电阻小的特点，常用互补对称输出电路。

偏置电路向各级提供静态工作点，一般采用电流源电路组成。

2. 特点：○1硅片上不能制作大容量电容，所以集成运放均采用直接耦合方式。

○2运放中大量采用差动放大电路和恒流源电路，这些电路可以抑制漂移和稳定工作点。

○3电路设计过程中注重电路的性能，而不在乎元件的多一个和少一个○4用有源元件代替大阻值的电阻○5常用符合复合晶体管代替单个晶体管，以使运放性能最好3. 集成运放的符号从运放的结构可知，运放具有两个输入端v P和v N和一个输出端v O，这两个输入端一个称为同相端，另一个称为反相端，这里同相和反相只是输入电压和输出电压之间的关系，若输入正电压从同相端输入，则输出端输出正的输出电压，若输入正电压从反相端输入，则输出端输出负的输出电压。

第九章理想运算放大电路及应用9-1．填空（1）理想集成运放的A od= ，r id= ，r od= ，K CMR= 。

（2）运算放大器组成运算电路必须引入反馈，在电压比较器中则应。

（3）欲实现电压放大倍数Au=-100应该选用电路。

（4）欲实现电压放大倍数Au=+100应该选用电路。

（5）比例运算电路中集成运放反相输入端为虚地。

答案：（1）∞，∞，0，∞。

（2）负反馈，开环或加入正反馈。

（3）反相比例放大电路。

（4）同相比例放大电路。

（5）反相。

9-2．判断下列说法是否正确。

（1）运算电路中集成运放一般工作在线性区。

（）（2）反相比例运算电路输入电阻很大，输出电阻很小。

（）（3）虚短是指集成运放两个输入端短路。

（）（4）同相比例运算电路中集成运放的共模输入电压为零。

（）（5）单限比较器的抗干扰能力比迟滞比较器强。

（）（6）无源滤波电路带负载后滤波特性将发生变化。

（）（7）因为由集成运放组成的有源滤波电路往往引入深度电压负反馈，所以输出电阻趋于零。

（）(8)由于有源滤波电路带负载后滤波特性基本不变，即带负载能力强，所以可将其用作直流电源的滤波电路。

（）（9）无源滤波器不能用于信号处理。

（）（10）按照将积分运算电路置于集成运放的负反馈通路中就可实现微分运算的思路，将低通滤波电路置于集成运放的负反馈通路中就可实现高通滤波。

（）答案：（1）对；在运算电路中，为使集成运放工作在线性区，一定要引入负反馈，只有在引入深度负反馈的条件下，输出电压与输入电压运算关系才几乎仅仅决定于反馈网络和输入网络。

（2）错；反相运算电路输入电阻与反相输入端所接电阻大小有关。

（3）错；“虚短”的含义不是说两个端短路，而是指两个端电位近似相等。

（4）错；同相比例运算电路输入单端输入模式。

（5）错；迟滞比较器的抗干扰能力强于单限比较器。

（6）对；本题考查是否理解“有源”和“无源”滤波电路的特点。

有源滤波电路有其局限性，主要表现在：一是频率响应受组成它的晶体管、集成运放频率参数的限制。

3.2.4 集成运算放大器 1．集成运算放大器的的特点（1）内部电路采用直接耦合，没有电感和电容，需要时可外接。

（2）用于差动放大电路的对管在同一芯片上制成，对称性好，温度漂移小。

（3）大电阻用晶体管恒流源代替，动态电阻大，静态压降小。

（4）二极管由晶体管构成，把发射极、基极、集电极三者适当组配使用。

2．集成运算放大器的组成（1）输入级：是双端输入、单端输出的差动放大电路，两个输入端分别为同相输入端和反相输入端，作用是减小零点漂移、提高输入电阻。

（2）中间级：是带有源负载的共发射极放大电路，作用是进行电压放大。

（3）输出级：是互补对称射极输出电路，作用是为了提高电路的带负载能力。

（4）偏置电路：由各种恒流源电路构成，作用是决定各级的静态工作点。

3．集成运放的理想模型集成运放的主要参数有：差模开环电压放大倍数A do ，共模开环电压放大倍数A co ，共模抑制比K CMR ，差模输入电阻r id ，输入失调电压U io ，失调电压温度系数 ΔU io /ΔT ，转换速率S R 等。

在分析计算集成运放的应用电路时，通常将运放的各项参数都理想化。

集成运放的理想参数主要有：（1）开环电压放大倍数∞=do A （2）差模输入电阻∞=id r （3）输出电阻0o =r （4）共模抑制比∞=CMR K理想运放的符号以及运放的电压传输特性)(do i do o -+-==u u A u A u 如图所示。

u ou －u +（a ）理想运放的符号 （b ）运放的电压传输特性图 理想运放的符号和电压传输特性4．运放工作在线性区的分析依据引入深度负反馈时运放工作在线性区。

工作在线性区的理想运放的分析依据为： （1）两个输入端的输入电流为零，即0==-+i i ，称为“虚断”。

（2）两个输入端的电位相等，即-+=u u ，称为“虚短”。

若0=+u ，则0=-u ，即反相输入端的电位为“地”电位，称为“虚地”。

5．运放工作在非线性区的分析依据处于开环状态或引入正反馈时运放工作在非线性区。

一、单选题1、对于理想运算放大器，不管它的工作状态如何，总是（）。

A.同相输入端与反相输入端的电压相等B.开环差模电压放大倍数为无穷大C.输出电阻为无穷大D.两输入端的电流相等，但不为零正确答案：B2、以下对“负反馈对放大电路性能的影响”的描述中错误的是（）。

A.减小非线性失真B.扩展通频带C.提高放大倍数的稳定性D.提高放大倍数值正确答案：D3、一个由理想运算放大器组成的同相输入比例运算电路，其输入输出电阻是（）。

A.输入电阻低，输出电阻高B.输入、输出电阻均很高C.输入电阻高，输出电阻低D.输入、输出电阻均很低正确答案：C4、在由集成运放构成的反相输入比例运算电路中，比例系数为10，集成运放加±15V电源，输入电压为-1.8V，则输出电压最接近于（）。

A.18VB.13.5VC.30VD.10V正确答案：B5、集成运放工作在线性区时，总近似有（）。

A.输入电阻为零B.反相输入端与同相输入端等电位C.输出电压接近与电源电压D.输出电阻为无穷大正确答案：B6、下图电路中，R1＝R2=100kΩ, C=0.01μF，集成运算放大器加±15V电源。

输入为正负对称、峰－峰值6V、频率200Hz的方波电压，则输出波形是（）。

A.方波B.三角波C.正负尖脉冲D.梯形波正确答案：B7、如图中电路，R＝Rb=10kΩ，C=0.1μF，ui=3sin1000t V，则uo=( )。

A.3sin(1000t+90°) VB. 3sin1000t VC.3sin(1000t-90°) VD.-3sin1000t V正确答案：C8、差分放大电路中所谓共模信号是指两个输入信号电压( )A.大小不等、极性相反B.大小不等、极性相同C.大小相等、极性相同D.大小相等、极性相反正确答案：C9、如图所示运放电路中，Uo与Ui的关系是( ) 。

A. Uo=-αUi/2B.Uo=UiC.Uo=-(1+α)UiD.Uo=(2+α)Ui正确答案：A10、如图所示的滞回比较器，UOm=±15V，R1=10kΩ，Rf=20kΩ，则其正向阈值URH=( )。

（对）7．“虚地”是指该点与“地”点相接后，具有“地”点的电位。

（错）8、集成运放不但能处理交流信号，也能处理直流信号。

（对）9、集成运放在开环状态下，输入与输出之间存在线性关系。

（错）10、各种比较器的输出只有两种状态。

（对）11、微分运算电路中的电容器接在电路的反相输入端。

（对）三、选择题：（每小题2分，共16分）1.集成运算放大器能处理（C）。

A、直流信号；B、交流信号；C、交流信号和直流信号。

2. 为使电路输入电阻高、输出电阻低，应引入（A）。

A、电压串联负反馈；B、电压并联负反馈；C、电流串联负反馈；D电流并联负反馈。

3. 在由运放组成的电路中，运放工作在非线性状态的电路是（D）。

A、反相放大器；B、差值放大器；C、有源滤波器；D、电压比较器。

4. 集成运放工作在线性放大区，由理想工作条件得出两个重要规律是（C ）。

A、U＋＝U－＝0，i＋＝i－；B、U＋＝U－＝0，i＋＝i－＝0；C、U＋＝U－，i＋＝i－＝0；D、U＋＝U－＝0，i＋≠i－。

5．分析集成运放的非线性应用电路时，不能使用的概念是（B）。

A、虚地；B、虚短；C、虚断。

6. 集成运放的线性应用存在（C）现象，非线性应用存在（B）现象。

A、虚地；B、虚断；C、虚断和虚短。

7. 理想运放的两个重要结论是（B）。

A、虚短与虚地；B、虚断与虚短；C、断路与短路。

8. 集成运放一般分为两个工作区，它们分别是（B）。

A、正反馈与负反馈；B、线性与非线性；C、虚断和虚短。

四、问答题：1. 集成运放一般由哪几部分组成？各部分的作用如何？答：集成运放一般输入级、输出级和中间级及偏置电路组成。

输入级一般采用差动放大电路，以使运放具有较高的输入电阻及很强的抑制零漂的能力，输入级也是决定运放性能好坏的关键环节；中间级为获得运放的高开环电压放大位数（103～107），一般采用多级共发射极直接耦合放大电路；输出级为了具有较低的输出电阻和较强的带负载能力，并能提供足够大的输出电压和输出电流，常采用互补对称的射极输出器组成；为了向上述三个环节提供合适而又稳定的偏置电流，一般由各种晶体管恒流源电路构成偏置电路满足此要求。

第九章 功率放大电路自测题一、（1）A （2）B （3）C （4）B D E （5）C二、（1）消除交越失真。

（2）最大输出功率和效率分别为%8.694W 162)(CC CES CC L2CES CC om ≈-⋅==-=V U V R U V P πη （3），，且3.1113.11215max ≈+=≈=R R A U U A u io u R 1＝1k Ω，故R 5至少应取10.3 k Ω。

习题9.1 （1）× （2）√ （3）× （4）× × √ （5）× × √ √（6）× √ √9.2 （1）C （2）B （3）C （4）C （5）A9.3 （1）最大输出功率和效率分别为%8.694πW 5.242)(CCCES CC L 2CES CC om ≈-⋅==-=V U V R U V P η（2）最大功耗 W 4.622.02.0L2CC oM Tmax =⨯=≈R V P P （3）输入电压 V 9.92CESCC om i ≈-≈≈U V U U9.4 （1）U B1＝1.4V U B3＝－0.7V U B5＝－17.3V（2）V 3.17 mA 66.1B5I 2B1CC CQ -=≈=-≈u u R U V I （3）若静态时i B1＞i B2，则应增大R 3。

（4）采用如图所示两只二极管加一个小阻值电阻合适，也可只用三只二极管。

9.5 最大输出功率和效率分别为%8.694πW 42)(CCCES CC L 2CES CC om ≈-⋅==-=V U V R U V P η9.6 应引入电压并联负反馈，由输出端经反馈电阻R f 接T 5管基极，图略。

R f ＝10 k Ω。

9.7 功放管的最大集电极电流、最大管压降、最大功耗分别为W 122.0V 342A5.0L2CC Tmax CES CC max CE L CESCC max C ≈⨯≈=-==-=R V P U V U R U V I9.8 （1）最大不失真输出电压有效值V 65.82)(CES CC L 4L om ≈-⋅+=U V R R R U （2）负载电流最大值A 53.1L4CES CC Lmax ≈+-=R R U V i （3）最大输出功率和效率分别为%644πW 35.92CC 4CES CC L2om om≈--⋅=≈=V U U V R U P R η9.9 当输出短路时，功放管的最大集电极电流和功耗分别为W46πA 26422Tmax 4CES CC Cmax ≈=≈-=R V P R U V i CC 9.10 （1）W 6.10)2( V 13L2Omax om Omax ≈=≈R u P u ， （2）引入电压串联负反馈。

第9章 集成运算放大器 习题参考答案9.1 理想运算放大器有哪些特点？什么是“虚断”和“虚短”？解：开环电压放大倍数A u o →∞；差模输入电阻r id →∞；输出电阻r o →0;共模抑制比K CMRR →∞。

-+≈u u由于两个输入端间的电压为零，而又不是短路，故称为“虚短”;0≈=-+i i 像这样，输入端相当于断路，而又不是断开，称为“虚断”。

9.2 电路如图9.2所示，求下列情况下，U O 和U i 的关系式。

（1）S 1和S 3闭合，S 2断开时；（2）S 1和S 2闭合，S 3断开时。

解：(1)这是反相比例运算电路，代入公式，得i u u -=0（2）根据叠加原理得i u u =0 。

9.3 如图9.2.2所示是用运算放大器测量电阻的原理电路，输出端接有满量程5V ，500mA 的电压表。

当电压表指示2.5V 时，试计算被测电阻R x 的阻值。

解：因为流过R x 和R 1的电流相等，即10V/ R 1=2.5 V/ R x ，所以计算得R x =500K Ω。

9.4 电路如图9.2.9所示，已知初始时刻电容两端的电压为零，C=1μF ，R =10K Ω。

输入电压波形如图9.2所示。

画出输出电压u o 的波形，并求出u o 从0V 变化到－5V 需要多少时间？解：t RCt u 1000-=-=，波形如图：u o 从0V 变化到－5V 需要的时间 为－100t=－5V,则t=0.05S 。

9.5 在图9.2.1的反相比例运算电路中，设R 1=10K Ω，R f =500 K Ω。

试求闭环电压放大倍数。

若u i =10mV ，则u o 为多少？ 解：5105001-=ΩΩ-=-=K K R R A fuf mV mV u 501050-=⨯-=。

9.6 在图9.2.3的同相比例运算电路中，设R 1=2K Ω，R f =10 K Ω。

试求闭环电压放大倍数。

若u i =10mV ，则u o 为多少？ 解：6210111=ΩΩ+=+=K K R R A fuf ，mV mV u 601060=⨯= 。

练习题一、选择题1.集成运放级间耦合方式是()。

A.变压器耦合B.直接耦合C.阻容耦合2.开环工作的理想运算放大器，同相输入时的电压传输特性为()。

(a)(b)(c)I3.理想运算放大器的共模抑制比为()。

A.0B.约120dBC.无穷大4同相输入比例运算放大器电路中的反馈极性和类型属于()。

A.正反馈B.串联电流负反馈C.并联电压负反馈D.串联电压负反馈5.电路如图所示，RF 引入的反馈为()。

A.串联电压负反馈B.串联电流负反馈C.并联电压负反馈D.并联电流负反馈6.电路如图所示，R F 引入的反馈为()。

A.串联电流负反馈B.串联电压负反馈C.并联电流负反馈D.并联电压负反馈7.在运算放大器电路中，引入深度负反馈的目的之一是使运放()。

A.工作在线性区，降低稳定性B.工作在非线性区，提高稳定性O图1图3u Ou iOuC.工作在线性区，提高稳定性8.电路如图所示，当R F 减小时，放大电路的()。

A.频带变宽，稳定性降低B.频带变宽，稳定性提高C.频带变窄，稳定性降低D.频带变窄，稳定性提高R F9.电路如图所示，反相比例运算电路的输入电阻r i1与同相比例运算电路的输入电阻r i2相比较()。

A.r i1＞r i2B.r i1＜r i2C.r i1=r i210.电路如图所示，其电压放大倍数等于()。

A.1B.2C.011.如图所示电路中，能够实现uo=ui 运算关系的电路是()。

A.图1B.图2C.图312.电路如图所示，已知u i =1V，当电位器的滑动端从A 点移到B 点时，输出电压u O 的变化范围为()。

A.-1~+1VB.+1~0Vu OuUu OC.-1~0VD.+1~-1V13.电路如图所示，输入为u i ，则输出u O 为()。

A.u iB.2u iC.014.电路如图所示，该电路为()。

A.积分运算电路B.微分运算电路C.比例积分运算电路15.电路如图所示为()。

A.反相式电压源B.电流源C.同相式电压源16.图1所示为比较器电路，其传输特性为图图2(a)(b)(c)17.电路如图所示，输入电压ui=10sin ωt (mV)，则输出电压u O 为()。